Las operaciones de producción acuícola que ayudan a alimentar a la creciente población mundial también generan aguas residuales contaminadas que dañan el medio ambiente.
por Steve Koppes, Universidad Purdue
Cuatro estudios publicados por científicos de la Universidad Purdue desde mayo pasado documentan la viabilidad de métodos no probados previamente para tratar con éxito las aguas residuales.
«Esas aguas residuales no son buenas para el medio ambiente porque descargan una gran cantidad de nutrientes como nitrógeno y fósforo», afirmó Jen-Yi Huang, profesor asociado de ciencias de los alimentos.
«Estos nutrientes causan condiciones dañinas como el agotamiento del oxígeno y la proliferación de algas cuando se descargan en el ambiente acuático. Queremos utilizar microalgas como método de tratamiento de aguas residuales . Cultivamos algas en las aguas residuales de la acuicultura», dijo Huang, quien dirigió un estudio centrado sobre el uso microbiano de nutrientes como método biológico de tratamiento de aguas residuales.
El estudio de Huang se publicó en la edición de mayo de 2024 de Bioresource Technology . Halis Simsek, profesora asistente de ingeniería agrícola y biológica , dirigió los otros tres estudios. Uno se publicará el 1 de junio en Environmental Research y los otros se publicarán en las ediciones del 15 de agosto de 2023 y del 15 de marzo de 2024 de Environmental Pollution . Una docena de científicos de Purdue e instituciones de Egipto, India y Turquía contribuyeron a la investigación.
En Bioresource Technology , Huang y sus coautores presentaron los resultados de su evaluación del ciclo de vida (LCA) de tratamientos basados en microalgas de aguas residuales de un sistema de recirculación de acuicultura para camarones. El ACV analizó el impacto ambiental del proceso de producción de camarón, desde la producción de alimento hasta el tratamiento de aguas residuales para una granja comercial en Fowler, Indiana.
«El resultado de este artículo proporciona la prueba del concepto a escala experimental», dijo Huang.
Los proyectos del USDA buscan desarrollar sistemas de acuicultura sin desperdicio (cultivo de organismos acuáticos en condiciones controladas) y acuaponía (que combina la acuicultura con el cultivo de plantas en agua enriquecida con nutrientes). «Queremos recuperar completamente los nutrientes de las aguas residuales utilizando microalgas», afirmó Huang.
El objetivo es garantizar que la producción de alimentos sin desperdicio sea técnicamente viable y ambientalmente sostenible. Esto último requiere de un sistema de producción que evite generar una gran huella ambiental.
«Existe una compensación porque el funcionamiento del tratamiento de aguas residuales con microalgas todavía requiere algo de energía», afirmó Huang. «El ACV evaluó el equilibrio entre la recuperación de nutrientes y el aporte de energía adicional para el tratamiento de aguas residuales de algas».
El equipo de Huang descubrió que el proceso de tratamiento de aguas residuales con microalgas es ambientalmente viable. Además, el equipo descubrió que incluso teniendo en cuenta los requisitos energéticos, el tratamiento con microalgas funciona mejor que el método convencional de tratamiento de aguas residuales con lodos activados.
«El uso de microalgas como método de tratamiento de aguas residuales puede mejorar el desempeño ambiental de la producción acuícola», afirmó Huang.
Los tres estudios realizados por el equipo de Simsek se realizaron en el Laboratorio de Investigación de Acuicultura de Purdue. En dos de esos estudios, los científicos analizaron el tratamiento de corrientes separadas de aguas residuales de tilapia y camarón con las mismas cuatro cepas de algas y dos cepas de bacterias.
«Las aguas residuales siempre tienen bacterias», afirmó Simsek. «Estamos utilizando bacterias naturales que ya existen en las aguas residuales para eliminar los contaminantes».
Durante los experimentos, el equipo de investigación midió nitrato, nitrito, amonio y otros parámetros en las aguas residuales. Estos incluían la demanda química de oxígeno, una medida de la descarga de efluentes nocivos para el medio ambiente.
«Todos estos parámetros se pueden eliminar de las aguas residuales utilizando algas y bacterias juntas», afirmó Simsek. Los tipos de algas y bacterias seleccionadas para el estudio son las cepas naturales más comunes. «Cada agua residual es diferente», señaló, lo que significa que diferentes sectores industriales producen diferentes aguas residuales y, por lo tanto, pueden necesitar diferentes métodos de tratamiento.
Los resultados del estudio de contaminación ambiental del 15 de marzo de 2024 demostraron el potencial de aplicar microalgas y bacterias nativas juntas para el tratamiento de aguas residuales de tilapia a mayor escala.
En el estudio de 2023, Simsek y sus coautores evaluaron los tratamientos de electrocoagulación (EC) y electrooxidación (EO) de aguas residuales de camarón, tanto por separado como en conjunto. EC y EO, métodos ampliamente utilizados para tratar aguas residuales agrícolas y de otro tipo, eliminan contaminantes mediante electricidad para impulsar reacciones químicas.
Los investigadores también aplicaron un enfoque de modelado que se utiliza a menudo para determinar los factores óptimos que afectan el método electroquímico.
«Los resultados del estudio muestran que los procesos de EC y EO son potencialmente beneficiosos para el tratamiento de aguas residuales de la acuicultura», escribieron Simsek y sus coautores. Sugirieron realizar pruebas a mayor escala de EC y EO para que el tratamiento reduzca los efectos ambientales tóxicos.
«El sistema de tratamiento desarrollado, combinado con otros métodos de tratamiento, podría ser útil para tratar varios tipos de aguas residuales en todo el mundo, lo que puede ayudar a apoyar el desarrollo de la política de desperdicio cero», escribieron.
Más información: April J. Arbor et al, Evaluación del ciclo de vida sobre la viabilidad ambiental del tratamiento de aguas residuales a base de microalgas para sistemas de acuicultura con recirculación de camarones, Bioresource Technology (2024). DOI: 10.1016/j.biortech.2024.130578
Pankaj Bhatt et al, Tratamiento electroquímico de efluentes de aguas residuales de acuicultura y optimización de los parámetros utilizando la metodología de superficie de respuesta, Contaminación ambiental (2023). DOI: 10.1016/j.envpol.2023.121864
Yolanys Aranda-Vega et al, Biodegradabilidad y biodisponibilidad de sustancias disueltas en efluentes de acuicultura: desempeño de bacterias, cianobacterias y microalgas verdes autóctonas, Contaminación ambiental (2024). DOI: 10.1016/j.envpol.2024.123468
